尼龍66塑料超聲波焊接工藝分析

PA6、PA66、尼龍+GF30%、尼龍+玻纖等塑料的超聲波焊接應(yīng)用

　　現(xiàn)代汽車工業(yè)需要生產(chǎn)出更安全和更可靠的產(chǎn)品來滿足政府和消費(fèi)者的需求,為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少尾氣排放,輕量化車身是一個很好的解決方案。所以越來越多的輕質(zhì)材料如鋁合金、鎂合金,尤其是尼龍及尼龍復(fù)合材料被使用在車身上來減輕汽車的重量。碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材粒是一種高性能的新型材料,它具有優(yōu)異的力學(xué)性能,強(qiáng)度高,比重小,可廣泛用于汽車工業(yè),航空航天等新興領(lǐng)域。在汽車生產(chǎn)中獲得一種高效可靠的連接方法用于尼龍復(fù)合材料十分必要。超聲波熔接是一種有效的熱塑性塑料的連接手段,焊接具有速度快、效率高、能耗低,操作方便,宜于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn),在汽車、電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此,對于碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料,超聲波焊接是可能是一種有效的連接方法。

PA66中文叫聚酰胺66或尼龍66，同PA6相比，PA66更廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強(qiáng)度要求的產(chǎn)品。

化學(xué)式：[-NH（CH2）6－NHCO(CH2)4CO]n－

　外觀 白包或帶黃色顆粒狀

　 PA66密度（g/cm3） 1．10-1．14

　拉伸強(qiáng)度(Mpa) 60. 0-80．0

　沖擊強(qiáng)度（kJ/m2） 60-100

　靜彎曲強(qiáng)度 (MPa) 1 00-120

　馬丁耐熱(℃) 50-60

　彎曲彈性模量 (MPa) 2000～3000

　　體積電阻率（Ωcm） 1.83×1015

PA66塑料性能　　

　　半透明或不透明乳白色結(jié)晶形聚合物，具有可塑性。密度1．15g/cm3。熔點(diǎn)252℃。脆化溫度-30℃。熱分解溫度大于350℃。 連續(xù)耐熱80-120℃,平衡吸水率2．5%。能耐酸、堿、大多數(shù)無機(jī)鹽水溶液、鹵代烷、烴類、酯類、酮類等腐蝕，但易溶于苯酚、甲酸等極性溶劑。具有優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性，機(jī)械強(qiáng)度較高。但吸水性較大，因而尺寸穩(wěn)定性較差。

熔點(diǎn)252℃這個熔點(diǎn)對超聲波焊接來講，如果焊接面積過大的話，超聲波焊接起來確實(shí)是有些困難，但現(xiàn)在汽車行業(yè)很多零部件都采用PA66這個材料，那么PA66材料超聲波焊接需注意些什么呢？因?yàn)镻A66熔點(diǎn)高、吸水性較大所以我們在焊接前做干燥處理：假如加工前材料是密封的，那么就沒有必要干燥。然而，假如儲存容器被打開，那么建議在85℃的熱空氣中干燥處理。假如濕度大于0.2%，還需要進(jìn)行105℃，12小時的真空干燥。

　　本工作首先研究超聲波焊接參數(shù)如時間,壓力等對碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料焊接強(qiáng)度的影響,發(fā)現(xiàn)在0.5MPa下,2.1s時可是達(dá)到最佳的焊接強(qiáng)度。其次對焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu),焊接過程進(jìn)行系通研究。焊接接頭的結(jié)構(gòu)可以分為基體區(qū),熱影響區(qū),熔合區(qū)。熔合區(qū)的厚度增加會使焊接的強(qiáng)度提高,當(dāng)焊接能量過多時,焊接接頭的上表面塌陷,多孔區(qū)的厚度增加,都會造成焊接接頭的強(qiáng)度下降。為了得到適合的焊接質(zhì)量控制方法,以焊核的尺寸來評估焊接質(zhì)量的好壞,在合適的超聲波焊接參數(shù)下,焊核面積要達(dá)到380mm2才能夠使焊接強(qiáng)度滿足要求,達(dá)到5.2kN以上。

　　在尼龍66中加入短碳纖維能夠使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,拉伸模量都有較大提高,改善尼龍66的性能。通過DMA分析,發(fā)現(xiàn)隨著玻璃碳纖維含量的增加,復(fù)合材料儲能模量和損耗模量增加。儲能模量高可以使更多的振動能量被傳遞到焊接面,損耗模量高在焊接過程中可以使材料將更多的振動能耗散為熱能。碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30mass%復(fù)合材料,在兩板的焊接界面吸收更多的能量,熔合區(qū)的厚度較大,熔合區(qū)的碳纖維含量也較多,焊接接頭具有較高的焊接強(qiáng)度。碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30mass%復(fù)合材料焊接結(jié)頭多為焊接面剝離失效,40mass% 復(fù)材料焊接接頭的失效形式為板材斷裂,而尼龍66焊接接頭為混合失效。因此,碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30mass%的尼龍66復(fù)合材料具有最佳的超聲波焊接性能。

關(guān)鍵詞:超聲波焊接;   碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料;焊接參數(shù);焊接強(qiáng)度;